JP2016190259A - 溶接形鋼の製造装置及び溶接形鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接後にフランジ材の各部に生じる熱変形量が相違する非対称型の溶接形鋼であっても、本来の断面形状に容易に矯正できるようにすること。【解決手段】ウェブ材３の端部をフランジ材１，２に直角に突き合せ、その突き合せた部分を溶接接合した後、溶接時の入熱によって熱変形したフランジ材の形状を矯正する矯正装置１００を備える。矯正装置は、フランジ材の端部のウェブ材側を押圧することにより、フランジ材の端部からウェブ材を突き合せた部分までの熱変形を矯正する、フランジ材の端部毎に配設されたフランジ材矯正ローラ２４と、ウェブ材のウェブ面を支持するウェブ材支持ローラ４４，４５と、を有する。フランジ材の端部毎に配設されたフランジ材矯正ローラは、フランジ材の各端部毎に独立した押圧力でもって前記熱変形を矯正するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、溶接時の入熱によって熱変形した形状を矯正する溶接形鋼の製造装置、溶接形鋼の製造方法及び溶接形鋼に関する。

レーザ溶接によってウェブ材とフランジ材を溶接接合して溶接Ｈ形鋼を製造する方法が特許文献１〜４に開示されている。これら特許文献１〜４に開示されている溶接Ｈ形鋼の製造方法では、Ｈ形に配置された状態で供給される２枚のフランジ材と１枚のウェブ材とが所定の溶接位置においてレーザ溶接により溶接接合される。ここで用いる２枚のフランジ材は、板厚、板幅および材料の何れも同一のものであり、ウェブ材はフランジ材の板幅方向中央部に突き合せてレーザ溶接にて接合される。

レーザ溶接の後、フランジ材とウェブ材との接合箇所で多量の入熱があるため、熱ひずみによりウェブ材とフランジ材とは必ずしも直角状態を保ったまま接合されるとは限らない。例えば、ウェブ材の一方の面側から２つのフランジ材のウェブ材との突き合わせた部分にレーザ照射を行うと（特許文献２の図７（ａ）参照）、ウェブ材の両端側に配された２枚のフランジ材は、ウェブ材側に折れ曲がるように熱変形する。しかし、２枚のフランジ材の板厚、板幅および材料の何れもが同一であり、かつ、ウェブ材がフランジ材の板幅方向中央部に突き合せて溶接されていることから、２枚のフランジ材の熱変形量は同一となる。この場合、特許文献２の図８（ａ）、特許文献４の図２等に開示されているように、ウェブ材の両面側から矯正ローラを押し込んでフランジ材の熱変形を矯正することが可能である。

特開２００９−１１９４８５号公報 特開２０１１−８３７８１号公報 特許第５６６２５４６号公報 特開２０１２−１３５７９２号公報

ところで、溶接形鋼には、様々な種類のものがあり、例えば、ウェブ材の両端に接合される２枚のフランジ材が材料、板厚および板幅の何れか１以上において相違するもの、あるいは、２枚のフランジ材が材料、板厚および板幅の全てにおいて一致するが、フランジ材に対するウェブ材の端部の接合位置が相違するもの（以下これらを「非対称型の溶接形鋼」という。）などがある。また、Ｊ形鋼やＴ形鋼などウェブ材の片側のみにフランジ材が溶接された「非対称型の溶接形鋼」もある。

しかしながら、前者の「非対称型の溶接形鋼」については、ウェブ材を水平にした状態で視て、ウェブ材の上側または下側に配される左右のフランジの熱変形量が相違するため、特許文献２，４に開示された矯正ローラを用いて左右のフランジ材の熱変形を矯正することは難しい。つまり、熱変形を矯正して本来の断面形状に戻すには、左右のフランジにそれぞれの熱変形量に応じた矯正力を与える必要があるが、特許文献２，４の矯正ローラでは、そのような矯正力を与えることは構造上不可能である。また、後者の「非対称型の溶接形鋼」については、フランジ材が１枚しかないため、２枚のフランジの存在を前提とする特許文献２，４の矯正ローラを用いることはできない。

本発明は、かかる課題に鑑みて創案されたものであり、溶接後にフランジ材の各部に生じる熱変形量が相違する「非対称型の溶接形鋼」であっても、本来の断面形状に容易に矯正することができる溶接形鋼の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

本発明の溶接形鋼の製造装置は、ウェブ材の端部をフランジ材に直角に突き合せ、その突き合せた部分を溶接接合した後、溶接時の入熱によって熱変形したフランジ材の形状を矯正する矯正装置を備えるものを前提とし、前記矯正装置は、前記フランジ材の端部のウェブ材側を押圧することにより、前記フランジ材の端部から前記ウェブ材を突き合せた部分までの熱変形を矯正する、前記フランジ材の端部毎に配設されたフランジ材矯正ローラと、前記ウェブ材のウェブ面を支持するウェブ材支持ローラと、を有する。前記フランジ材の端部毎に配設されたフランジ材矯正ローラは、前記フランジ材の各端部毎に独立した押圧力でもって前記熱変形を矯正するものである。

かかる構成を備える溶接形鋼の製造装置では、ウェブ材支持ローラがウェブ材のウェブ面を支持した状態で、各フランジ材矯正ローラがそれぞれ独立した押圧力でもってフランジ材の端部のウェブ材側を押圧し、フランジ材の各端部からウェブ材を突き合せた部分に曲げモーメントがそれぞれ作用して、各部の熱変形が矯正される。つまり、フランジ材の各端部には、それぞれ独立した押圧力を付与することができるので、各部の熱変形量に応じた矯正が可能となる。

前記矯正装置は、前記フランジ材に前記ウェブ材の端部を突き合せた部分を前記フランジ材の当該部分と反対側の面から支持するフランジ材支持ローラを有する、ものとしてもよい。

かかる構成を備える溶接形鋼の製造装置では、前記フランジ材に前記ウェブ材の端部を突き合せた部分を前記フランジ材の当該部分と反対側の面から支持するフランジ材支持ローラを有するので、フランジ材矯正ローラとウェブ材支持ローラとの間で作用する曲げモーメントのうち、ウェブ材に作用する曲げモーメントをゼロないし微量にすることができる。これにより、フランジ材の熱変形を矯正する際に、ウェブ材が曲げ変形を起こしてしまうことを防止ないし抑制することができる。

前記フランジ材矯正ローラを、円錐面を有し、その円錐面にて前記フランジ材の端部を押圧するものとし、前記矯正装置は、前記フランジ材矯正ローラをフランジ材の板幅方向に移動可能なフランジ材矯正ローラ位置調整機を各フランジ材矯正ローラ毎に有する、ものとしてもよい。

かかる構成を備える溶接形鋼の製造装置では、フランジ材矯正ローラ位置調整機により、フランジ材矯正ローラをフランジ材の板幅方向に移動させることで、フランジ材矯正ローラの配置をフランジ材の各端部にそれぞれ対応させることができる。また、フランジ材矯正ローラ位置調整機により、フランジ材矯正ローラの高さ位置を調整することで、フランジ材矯正ローラがフランジ材の各端部に付与する押圧力を調整することもできる。

本発明の溶接形鋼の製造方法は、ウェブ材の端部をフランジ材に直角に突き合せ、その突き合せた部分を溶接接合した後、溶接時の入熱によって熱変形したフランジ材の形状を矯正する工程を含むものを前提とし、前記ウェブ材のウェブ面をウェブ材支持ローラにより支持しながら、前記フランジ材の端部のウェブ材側を、各端部毎に設けられたフランジ材矯正ローラによりそれぞれ独立した押圧力でもって押圧することにより、前記フランジ材の端部から前記ウェブ材を突き合せた部分までの熱変形をそれぞれ矯正するものである。

かかる構成を備える溶接形鋼の製造方法では、ウェブ材のウェブ面をウェブ材支持ローラにより支持しながら、フランジ材の端部のウェブ材側を、各端部毎に設けられたフランジ材矯正ローラによりそれぞれ独立した押圧力でもって押圧し、フランジ材の各端部からウェブ材を突き合せた部分に曲げモーメントがそれぞれ作用し各部の熱変形が矯正される。つまり、フランジ材の各端部には、それぞれ独立した押圧力を付与することができるので、各部の熱変形量に応じた矯正が可能となる。

前記構成を備える溶接形鋼の製造方法において、前記フランジ材に前記ウェブ材の端部を突き合せた部分を前記フランジ材の当該部分と反対側の面からフランジ材支持ローラにより支持しながら、前記矯正を行う、こととしてもよい。

かかる構成を備える溶接形鋼の製造方法では、前記フランジ材に前記ウェブ材の端部を突き合せた部分を前記フランジ材の当該部分と反対側の面からフランジ材支持ローラにより支持しながら、前記矯正を行うので、フランジ材矯正ローラとウェブ材支持ローラとの間で作用する曲げモーメントのうち、ウェブ材に作用する曲げモーメントをゼロないし微量にすることができる。これにより、フランジ材の熱変形を矯正する際に、ウェブ材が曲げ変形を起こしてしまうことを防止ないし抑制することができる。

前記構成を備える溶接形鋼の製造方法において、前記フランジ材矯正ローラを、円錐面を有し、その円錐面にて前記フランジ材の端部を押圧し、前記矯正に先立って、フランジ材矯正ローラ位置調整機により、前記フランジ材矯正ローラをフランジ材の板幅方向に移動させ、前記フランジ材矯正ローラの配置をフランジ材の端部にそれぞれ対応させる、ものとしてもよい。

かかる構成を備える溶接形鋼の製造方法では、フランジ材矯正ローラ位置調整機により、フランジ材矯正ローラをフランジ材の板幅方向に移動させることで、フランジ材矯正ローラの配置をフランジ材の各端部にそれぞれ対応させることができるので、様々な寸法形状の溶接形鋼に対してフランジ材の矯正を施すことが可能となる。また、フランジ材矯正ローラ位置調整機により、フランジ材矯正ローラの高さ位置を調整することで、フランジ材矯正ローラがフランジ材の各端部に付与する押圧力を調整することもできる。

本発明の溶接形鋼は、ウェブ材の端部をフランジ材に直角に突き合せ、その突き合せた部分を溶接接合した後、溶接時の入熱によって熱変形したフランジ材の形状を矯正した溶接形鋼であって、前記フランジ材の端部のウェブ材側を押圧することにより、前記フランジ材の端部から前記ウェブ材を突き合せた部分までの熱変形を矯正したものである。

かかる構成を備える溶接形鋼は、フランジ材の端部のウェブ材側を押圧することにより、フランジ材の端部からウェブ材を突き合せた部分までの熱変形が矯正される。つまり、フランジ材の各端部には、それぞれ独立した押圧力が付与されるので、各部の熱変形量に応じた矯正が可能となる。

本発明によれば、溶接後にフランジ材の各部に生じる熱変形量が相違する非対称型の溶接形鋼であっても、本来の断面形状に容易に矯正することができる。

溶接形鋼の製造装置における矯正装置の概略構成を示す概略断面図である。 非対称型の溶接Ｈ形鋼の一例を示す断面図である。 溶接形鋼の製造装置におけるレーザ溶接部支持装置の概略斜視図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 他の実施形態にかかる溶接形鋼の製造装置における矯正装置の概略構成を示す概略断面図である。 他の実施形態にかかる非対称型の溶接形鋼の一例を示す断面図である。 他の実施形態にかかる非対称型の溶接Ｈ形鋼の一例を示す断面図である。 他の実施形態にかかる非対称型の溶接形鋼（Ｊ形鋼）の一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る溶接形鋼の製造装置と、この装置を使用して実施される溶接形鋼の製造方法について説明する。本実施形態では、予め裁断等により所定寸法に形成され、断面Ｈ形に配置されて供給される３枚の鋼板からＨ形鋼を製造する場合について説明する。なお、以下では、Ｈ形鋼を形成する２枚のフランジ材およびウェブ材の搬送方向を単に「搬送方向」という。

先ず、本実施形態の溶接形鋼の製造装置により製造する溶接形鋼について説明する。図２に示すように、本実施形態の溶接形鋼の製造装置により製造する溶接形鋼は、第１フランジ材１と第２フランジ材２とが板厚および板幅において相違し、フランジ材１，２に対するウェブ材３の突き合わせ位置も相違した「非対称型の溶接形鋼」である。第１フランジ材１は、例えば、板幅１００ｍｍ、長さ８ｍ、板厚３．２ｍｍの平板とされ、ウェブ材３との接合位置１ｃは、上端部１ａから４０ｍｍ、下端部１ｂから６０ｍｍの位置に設定されている。また、第２フランジ材２は、例えば、板幅８０ｍｍ、長さ８ｍ、板厚２．３ｍｍの平板とされ、ウェブ材３との接合位置２ｃは、上端部２ａから２０ｍｍ、下端部２ｂから６０ｍｍの位置に設定されている。ウェブ材３は、例えば、板幅約１００ｍｍ、長さ８ｍ、板厚１．６ｍｍの平板とされ、その両端部３ａ，３ｂにおいて第１及び第２フランジ材１，２にそれぞれ接合されている。なお、上記第１フランジ材１、第２フランジ材２およびウェブ材３は、例えば、Ｚｎ系めっき鋼、Ａｌ系めっき鋼、ステンレス鋼、特殊鋼、普通鋼のいずれか１種以上により構成される。

溶接形鋼の製造装置は、板材搬送装置（図示省略）、溶接部支持装置２００（図３、図４参照）、矯正装置１００（図１参照）等で構成されている。これらの装置は、搬送方向上流側から順に、板材搬送装置、溶接部支持装置２００、矯正装置１００がインライン配置されている。

板材搬送装置は、互いに平行に縦方向に配置された２枚のフランジ材１，２の間に、水平に配置されたウェブ材３が挟まれた状態のものをフランジ材１，２の両側から挟持しながら溶接部支持装置２００に向けて搬送する。

溶接部支持装置２００は、板材搬送装置により搬送されてきた２枚のフランジ材１，２およびウェブ材３に対し、レーザ溶接を施す溶接点およびその周辺部において、２枚のフランジ材１，２およびウェブ材３を搬送しながら支持するものである。この溶接部支持装置２００は、図３および図４に示すように、ウェブ材３を移動可能に板厚方向に挟持するウェブ材挟持ローラ装置７１と、フランジ材１，２をそれぞれ移動可能に板幅方向に挟持するフランジ材挟持ローラ６１とを備えている。

ウェブ材挟持ローラ装置７１は、ウェブ材３の上面（一方の面）側に配された第１ウェブ材挟持ローラ装置７１Ａと、ウェブ材３の下面（他方の面）側に配された第２ウェブ材挟持ローラ装置７１Ｂとで構成される。

第１ウェブ材挟持ローラ装置７１Ａは、ウェブ材３の上面に沿って搬送方向に転動する複数のローラ７４，７５と、ローラ７４，７５をシャフト７３を介して回転可能に支持する支持フレーム７２とを備えている。同様に、第２ウェブ材挟持ローラ装置７１Ｂは、ウェブ材３の下面に沿って搬送方向に転動する複数のローラ７４，７５と、ローラ７４，７５をシャフト７３を介して回転可能に支持する支持フレーム７２と、を備えている。上下の支持フレーム７２は、ウェブ材３の中心線に沿って所定長さで搬送方向に延在しており、その両側に搬送方向に間隔をおいて上記複数のローラ７４，７５を支持している。これらローラ７４，７５は少なくとも溶接点の搬送方向位置を含む搬送方向所定範囲に亘ってウェブ材３を板厚方向に挟持する。なお、上記ウェブ材挟持ローラ装置７１Ａは、溶接点に向かって上方から照射されるレーザを遮らない位置に配設されている。

フランジ材挟持ローラ６１は、各フランジ材１，２の各端部毎に配設されている。各フランジ材挟持ローラ６１は、様々な寸法・形状の溶接形鋼の製造に対応するため、上下位置調整装置（図示省略）によって各別に上下方向の位置（高さ位置）の調整が可能とされている。各フランジ材挟持ローラ６１は同じフランジ材の同じ端部上において搬送方向に所定間隔をおいて複数配設（図３では２個）されている。

矯正装置１００は、溶接部支持装置２００から搬送されてきた溶接形鋼のフランジ材１，２に溶接時の入熱によって生じた熱変形を矯正する。この矯正装置１００は、図１に示すように、２台のスタンド１１Ａ，１１Ｂと、各スタンド１１Ａ，１１Ｂの上下にそれぞれ配設されたフランジ材矯正機２１Ａ〜２１Ｄと、同じく各スタンド１１Ａ，１１Ｂに配設されたフランジ材支持機３１Ａ，３１Ｂと、両スタンド１１Ａ，１１Ｂに架設された横軸材１３，１４に設けられたウェブ材支持機４１Ａ，４１Ｂとを備えている。

２台のスタンド１１Ａ，１１Ｂは、溶接形鋼の搬送路の両側に立設されている。２台のスタンド１１Ａ，１１Ｂの上部および下部には、横軸材１３，１４が架設されている。各スタンド１１Ａ，１１Ｂは、搬送方向に対して直交する方向に各別に移動可能なスタンド土台１２Ａ，１２Ｂ上に立設されている。これにより、２台のスタンド１１Ａ，１１Ｂの同方向への位置調整をすることができるようになっている。なお、各スタンド土台１２Ａ，１２Ｂの同方向への移動は、周知の送りねじ機構などによって実現可能である。

フランジ材矯正機２１Ａ〜２１Ｄは、搬送されてくる溶接形鋼のフランジ材１，２の各端部毎に対応してスタンド１１Ａ、１１Ｂ上に設置されている。各フランジ材矯正機２１Ａ〜２１Ｄはそれぞれ、横材２２と、横材２２の端部（搬送路側の端部）に設けられたシャフト２３に回転自在に装着されたフランジ材矯正ローラ２４と、フランジ材矯正ローラ２４の高さ位置を調整するためのフランジ材矯正ローラ位置調整機５１とを有する。

フランジ材矯正ローラ２４は、円錐面を有し、その円錐面にてフランジ材１，２の端部のウェブ材３側を押圧することにより、当該フランジ材１，２の端部からウェブ材３を突き合せた部分までの熱変形を矯正する。このフランジ材矯正ローラ２４は、スタンド１１とともに、搬送方向に直交する方向に移動して所望の横方向位置に固定でき、かつ、フランジ材矯正ローラ位置調整機５１によって、上下方向に移動して所望の高さ位置に固定できるようになっている。４個のフランジ材矯正ローラ２４は、それぞれ独立して高さ位置が調整可能となっているため、各フランジ材矯正ローラ２４は、フランジ材１，２の各端部毎に独立した押圧力を付与することができる。

フランジ材矯正ローラ位置調整機５１は、横材２２が嵌入固定された可動部材５２と、一端が可動部材５２に回転自在に接続されたボルト５３と、ボルト５３に螺合した雌ねじを有するとともにスタンド１１に固定された雌ねじ部材５４とを備えている。このフランジ材矯正ローラ位置調整機５１において、ボルト５３を廻すと、可動部材５２とともにフランジ材矯正ローラ２４が上下に移動し、その高さ位置を調整することができる。

各フランジ材支持機３１Ａ，３１Ｂは、スタンド１１Ａ，１１Ｂにそれぞれ設けられている。フランジ材支持機３１Ａ，３１Ｂは、スタンド１１Ａ，１１Ｂに固設された一対の固定フレーム３２と、一対の固定フレーム３２間に設けられたシャフト３３に回転自在に設けられたフランジ材支持ローラ３４とを備えている。このフランジ材支持ローラ３４は、回転しながら、フランジ材１，２にウェブ材３の端部を突き合せた部分をフランジ材１，２の当該部分と反対側の面から支持するものである。

ウェブ材支持機４１Ａ，４１Ｂは、２つのスタンド１１Ａ，１１Ｂの上部および下部に架設された横軸材１３，１４にそれぞれ設けられている。ウェブ材支持機４１Ａ，４１Ｂは、それぞれ横軸材１３，１４からウェブ材３側に延びた支持フレーム４２と、支持フレーム４２の両側に、同フレーム４２に固設されたシャフト４３を介して回転自在に設けられたウェブ材支持ローラ４４，４５とを有する。ウェブ材支持機４１Ａ，４１Ｂは、ウェブ材３の上下に配されており、上下に配されたウェブ材支持ローラ４４，４５によってウェブ材３を上下から支持してウェブ材３の上下方向への移動を規制する。

次に、本実施形態における溶接形鋼の製造方法について説明する。

先ず、矯正装置１００において、製造する溶接形鋼の寸法形状に合わせて、スタンド土台１２Ａ，１２Ｂの移動によりフランジ材支持ローラ３４の横方向の位置を調整する。併せて、フランジ材矯正ローラ位置調整機５１により４つのフランジ材矯正ローラ２４の高さ位置を上記溶接形鋼のフランジ材１，２の各上下端部１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの位置および熱変形量に応じて各別に調整する。特に、同機５１により、フランジ材１，２の熱変形量が比較的多い部分を押圧するフランジ材矯正ローラ２４を、熱変形量が比較的少ない部分を押圧するフランジ材矯正ローラ２４よりも、ウェブ材３側に近づけて配置する。これにより、フランジ材１，２の各端部に対して、各部の熱変形量に応じた大きさの矯正力を付与することができる。また、溶接部支持装置２００において、既述した上下位置調整装置により、４つのフランジ材挟持ローラ６１の高さ位置を上記溶接形鋼のフランジ材１，２の各上下端部１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂに合わせて各別に調整する。

上記のフランジ材矯正ローラ２４等の位置調整を行った後、予め断面Ｈ形に組まれた、２枚のフランジ材１，２およびウェブ材３を板材搬送装置（図示省略）により、溶接部支持装置２００側へ搬送する。

溶接部支持装置２００では、図３および図４に示すように、第１フランジ材１は２つのフランジ材挟持ローラ６１Ａ，６１Ｂに挟持されながら、第２フランジ材２は２つのフランジ材挟持ローラ６１Ｃ，６１Ｄに挟持されながら、ウェブ材３はウェブ材挟持ローラ装置７１のローラ７４，７５に挟持されながら搬送される。そして、所定のレーザ溶接位置において、ウェブ材３の両端部がフランジ材１，２にそれぞれレーザ溶接される。このとき、溶接時の入熱によってフランジ材１，２には、それぞれウェブ材３側に傾くような熱変形が生じる。

矯正装置１００では、図１に示すように、溶接部支持装置２００側から搬送されてきた溶接形鋼のウェブ材３がウェブ材支持ローラ４４，４５によって上下から支持され、かつ、フランジ材１，２がフランジ材支持ローラ３４によって側方から支持された状態で、４つのフランジ材矯正ローラ２４がフランジ材１，２の端部のウェブ材３側をそれぞれ独立した押圧力でもって押圧する。これにより、当該各フランジ材１，２の端部からウェブ材３を突き合せた部分にそれぞれ曲げモーメントが作用し、それぞれの熱変形量に応じた矯正が行われる。このとき、フランジ材１，２のウェブ材３の端部を突き合せた部分がフランジ材支持ローラ３４よって支持されているので、ウェブ材３には曲げモーメントが作用しないか作用したとしても僅かな作用となる。

以上に説明した本発明の実施形態に係る溶接形鋼の製造装置および製造方法によれば、ウェブ材３がウェブ材支持ローラ４４，４５に支持され、かつ、フランジ材１，２がフランジ材支持ローラ３４に支持された状態で、４つのフランジ材矯正ローラ２４により、フランジ材１，２の各端部をそれぞれ独立した押圧力でもって押圧するので、各部の熱変形量に応じた矯正を行うことができる。また、フランジ材１，２にウェブ材３の端部を突き合せた部分をフランジ材１，２の当該部分と反対側の面からフランジ材支持ローラ３４が支持するので、フランジ材矯正ローラ２４とウェブ材支持ローラ４４，４５との間で作用する曲げモーメントのうち、ウェブ材３に作用する曲げモーメントをゼロないし微量にすることができる。これにより、フランジ材１，２の熱変形を矯正する際に、ウェブ材３が曲げ変形を起こしてしまうことを防止ないし抑制することができる。

また、本発明の実施形態に係る溶接形鋼の製造装置および製造方法によれば、各フランジ材矯正機２１毎に、フランジ材矯正ローラ位置調整機５１により、フランジ材矯正ローラ２４の高さ位置を調整することができるので、フランジ材１，２の端部に付与する押圧力の調整を行うことができるとともに、様々な寸法形状の溶接形鋼のフランジ材の端部にフランジ材矯正ローラ２４の位置を対応させることが容易に行える。

＜他の実施形態＞
ウェブ材支持機４１において一側に配設されたウェブ材支持ローラ４４と他側に配設されたウェブ材支持ローラ４５との間隔は、図１に示すようなものに限定されず、両側のウェブ材支持ローラ４４，４５がフランジ材矯正ローラ２４に干渉しない限り、図５に示すように、シャフト４３をより長軸のものとして、その間隔を最大限まで拡げてもよい。あるいは、両側のウェブ材支持ローラ４４，４５がフランジ材矯正ローラ２４に干渉しない限り、各ウェブ材支持ローラ４４，４５に最大限に幅広のものを採用してもよい。このようにすることで、フランジ材１，２の熱変形を矯正する際にウェブ材３に作用する曲げモーメントを更に抑制することができ、ウェブ材３の曲げ変形を更に抑制することができる。

既述した実施形態では、溶接方法としてレーザ溶接を用いたが、レーザ溶接に代えて、電子ビーム溶接やアーク溶接、高周波溶接などを用いても良い。

既述した実施形態では、矯正装置１００は、フランジ材矯正機２１、フランジ材支持機３１およびウェブ材支持機４１をそれぞれ１段ずつ備えるものであったが、フランジ材矯正機２１、フランジ材支持機３１およびウェブ材支持機４１をそれぞれ搬送方向に多段設置した矯正装置とすることが望ましい。前記段数が多いほど、フランジ材１，２の熱変形をより確実に矯正することができる。

既述の実施形態に係る溶接形鋼の製造装置および製造方法は、図２に示したようなＨ形鋼に限らず、その他の「非対称型の溶接形鋼」の製造にも好適に適用することができる。例えば、図２に示したようなＨ形鋼以外の「非対称型の溶接形鋼」であって、ウェブ材の両端に接合される２枚のフランジ材が、材料、板厚および板幅の何れか１以上において相違するもの、２枚のフランジ材が、材料、板厚および板幅の全てにおいて一致するが、フランジ材に対するウェブ材の両端部の接合位置が相違するもの、Ｊ形鋼やＴ形鋼などウェブ材の片側のみにフランジ材が溶接されたものの製造装置、製造方法としても好適に適用することができる。例えば図６〜図８に示すような「非対称型の溶接形鋼」の製造装置、製造方法として好適に適用することができる。

図６に示す溶接形鋼は、第１フランジ材１と第２フランジ材２が、板厚において共通するが、板幅において相違し、フランジ材１，２に対するウェブ材３の突き合わせ位置においても相違する「非対称型の溶接形鋼」である。第１フランジ材１は、例えば、板幅１００ｍｍ、長さ８ｍ、板厚３．２ｍｍの平板とされ、ウェブ材３との接合位置１ｃは、上端部１ａから５０ｍｍ、下端部１ｂから５０ｍｍの位置に設定されている。また、第２フランジ材２は、例えば、板幅５２ｍｍ、長さ８ｍ、板厚３．２ｍｍの平板とされ、ウェブ材３との接合位置２ｃは、上端部２ａから２ｍｍ、下端部２ｂから５０ｍｍの位置に設定されている。ウェブ材３は、例えば、板幅約１５０ｍｍ、長さ８ｍ、板厚３．２ｍｍの平板とされ、その両端部３ａ，３ｂにおいて第１及び第２フランジ材１，２にそれぞれ接合されている。

図６に示すような「非対称型の溶接形鋼」を本発明の実施形態にかかる溶接形鋼の製造装置および製造方法を使用して製造する場合、溶接部支持装置２００において、既述した上下位置調整装置により、４つのフランジ材挟持ローラ６１の高さ位置を上記溶接形鋼のフランジ材１，２の各上下端部１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂに合わせて各別に調整する。さらに、矯正装置１００において、スタンド土台１２Ａ，１２Ｂの位置調整により、フランジ材支持ローラ３４の横方向位置を上記溶接形鋼のフランジ材１，２のウェブ材２と反対側の面に合わせて各別に調整するとともに、フランジ材矯正ローラ位置調整機構５１により、３つのフランジ材矯正ローラ２４の高さ位置を上記溶接形鋼の第１フランジ材１の上下端部１ａ，１ｂ（図６参照）、第２フランジ材２の下端部２ｂに合わせて各別に調整する。なお、図６に示すタイプの「非対称型の溶接形鋼」では、ウェブ材３より高い位置に第２フランジ材２が殆ど存在していないので、第２フランジ材２の上端部２ａに対しては、フランジ材矯正ローラ２４を当接させる必要はない。つまり、図１に示すフランジ材矯正機２１Ａ〜２１Ｄのうち右上のフランジ材矯正機２１Ｃを使用しなくてもよい。

図７に示す溶接形鋼は、第１フランジ材１と第２フランジ材２に対するウェブ材３の突き合わせ位置が何れも板幅方向中央にあるが、第１フランジ材１と第２フランジ材２が、板厚および板幅において相違する「非対称型の溶接形鋼」である。第１フランジ材１は、例えば、板幅１００ｍｍ、長さ８ｍ、板厚２．３ｍｍの平板とされ、ウェブ材３との接合位置１ｃは、上端部１ａから５０ｍｍ、下端部１ｂから５０ｍｍの位置に設定されている。また、第２フランジ材２は、例えば、板幅６０ｍｍ、長さ８ｍ、板厚３．２ｍｍの平板とされ、ウェブ材３との接合位置２ｃは、上端部２ａから３０ｍｍ、下端部２ｂから３０ｍｍの位置に設定されている。ウェブ材３は、例えば、板幅約１００ｍｍ、長さ８ｍ、板厚２．３ｍｍの平板とされ、その両端部３ａ，３ｂにおいて第１及び第２フランジ材１，２にそれぞれ接合されている。

図７に示す溶接形鋼は、ウェブ材３を水平に配置して視た場合に、フランジ材１，２の下端部１ｂ，２ｂの高さ位置が相違している点で、図２、図６、図８に示す他の「非対称型の溶接形鋼」と異なっているが、本発明の実施形態かかる製造装置は、ウェブ材３の位置を基準として、溶接、熱変形の矯正等を施すようになされているので、この種の溶接形鋼の製造にも好適に適用することができる。なお、図７に示す溶接形鋼を製造するにあたっては、図２に示した溶接形鋼の場合と同様に、本発明の実施形態にかかる溶接形鋼の製造装置および製造方法を適用することができる。

図８に示す溶接形鋼は、板材に曲げ加工が施されることにより、屈曲部５を境にして一方が第２フランジ材２をなし、他方がウェブ材３をなす断面Ｌ字材が使用されている。すなわち、この断面Ｌ字材の他方をなすウェブ材３の一端部３ａに、第１フランジ材１が直角に溶接接合されて形成されたＪ形鋼であって、その接合位置１ｃがフランジ材１の板幅方向中央から少しずれた位置にある「非対称型の溶接形鋼」である。第１フランジ材１は、例えば、板幅１００ｍｍ、長さ８ｍ、板厚３．２ｍｍの平板とされている。また、第２フランジ材２は、例えば、板幅約５５ｍｍ、長さ８ｍ、板厚３．２ｍｍの平板とされ、ウェブ材３から湾曲部５を介して連続している。ウェブ材３の第１フランジ材１に対する接合位置１ｃは、第１フランジ材１の上端部１ａから４５ｍｍ、下端部１ｂから５５ｍｍの位置に設定されている。

図８に示すような「非対称型の溶接形鋼」を本発明の実施形態にかかる溶接形鋼の製造装置および製造方法を使用して製造する場合、溶接部支持装置２００において、既述した上下位置調整装置により、３つのフランジ材挟持ローラ６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの高さ位置を上記溶接形鋼の第１フランジ材１の上下端部１ａ，１ｂ、第２フランジ材２の下端部２ｂに合わせて各別に調整する。さらに、矯正装置１００において、スタンド土台１２Ａ，１２Ｂの位置調整により、片方のフランジ材支持ローラ３４の横方向位置を上記溶接形鋼の第１フランジ材１のウェブ材２と反対側の面に合わせて調整するとともに、フランジ材矯正ローラ位置調整機構５１により、一方のスタンド１１Ａに設けられた上下２つのフランジ材矯正ローラ２４の高さ位置を上記溶接形鋼の第１フランジ材１の上下端部１ａ，１ｂ（図８参照）に合わせて各別に調整する。なお、図８に示すタイプの「非対称型の溶接形鋼」では、ウェブ材３より高い位置に第２フランジ２が存在しないので、図１に示すフランジ材矯正機２１Ａ〜２１Ｄのうち右上のフランジ材矯正機２１Ｃに備わったフランジ矯正ローラ２４を使用しなくてもよい。また、第２フランジ材２は溶接位置から十分に離れているので、右下のフランジ材矯正機２１Ｄに備わったフランジ矯正ローラ２４も使用しなくてよい。つまり、第２フランジ材２の端部２ｂをフランジ材矯正ローラ２４により押圧しなくてもよい。

本発明は、溶接時の入熱によって熱変形した形状を矯正する溶接形鋼の製造装置および製造方法に適用することができる。

１ 第１フランジ材
１ａ 上端部
１ｂ 下端部
１ｃ 接合位置
２ 第２フランジ材
２ａ 上端部
２ｂ 下端部
２ｃ 接合位置
３ ウェブ材
３ａ 端部
３ｂ 端部
２４ フランジ材矯正ローラ
３４ フランジ材支持ローラ
４４，４５ ウェブ材支持ローラ
５１ フランジ材矯正ローラ位置調整機
１００ 矯正装置

本発明は、溶接時の入熱によって熱変形した形状を矯正する溶接形鋼の製造装置及び溶接形鋼の製造方法に関する。

本発明の溶接形鋼の製造装置は、ウェブ材の端部をフランジ材に直角に突き合せ、その突き合せた部分を溶接接合した後、溶接時の入熱によって熱変形したフランジ材の形状を矯正する矯正装置を備えるものを前提とし、前記矯正装置は、前記フランジ材の端部のウェブ材側を押圧することにより、前記フランジ材の端部から前記ウェブ材を突き合せた部分までの熱変形を矯正する、前記フランジ材の端部毎に配設されたフランジ材矯正ローラと、前記フランジ材矯正ローラがフランジ材を押圧する位置と略同じ搬送方向位置で前記ウェブ材のウェブ面を支持するウェブ材支持ローラと、を有する。前記フランジ材の端部毎に配設されたフランジ材矯正ローラは、前記フランジ材の端部毎に独立した押圧力でもって前記熱変形を矯正するものである。

本発明の溶接形鋼の製造方法は、ウェブ材の端部をフランジ材に直角に突き合せ、その突き合せた部分を溶接接合した後、溶接時の入熱によって熱変形したフランジ材の形状を矯正する工程を含むものを前提とし、前記ウェブ材のウェブ面をウェブ材支持ローラにより支持しながら、当該支持をする位置と略同じ搬送方向位置で前記フランジ材の端部のウェブ材側を、端部毎に設けられたフランジ材矯正ローラによりそれぞれ独立した押圧力でもって押圧することにより、前記フランジ材の端部から前記ウェブ材を突き合せた部分までの熱変形をそれぞれ矯正するものである。

かかる構成を備える溶接形鋼の製造方法では、ウェブ材のウェブ面をウェブ材支持ローラにより支持しながら、フランジ材の端部のウェブ材側を、端部毎に設けられたフランジ材矯正ローラによりそれぞれ独立した押圧力でもって押圧し、フランジ材の各端部からウェブ材を突き合せた部分に曲げモーメントがそれぞれ作用し各部の熱変形が矯正される。つまり、フランジ材の各端部には、それぞれ独立した押圧力を付与することができるので、各部の熱変形量に応じた矯正が可能となる。

フランジ材挟持ローラ６１は、各フランジ材１，２の端部毎に配設されている。各フランジ材挟持ローラ６１は、様々な寸法・形状の溶接形鋼の製造に対応するため、上下位置調整装置（図示省略）によって各別に上下方向の位置（高さ位置）の調整が可能とされている。各フランジ材挟持ローラ６１は同じフランジ材の同じ端部上において搬送方向に所定間隔をおいて複数配設（図３では２個）されている。

フランジ材矯正機２１Ａ〜２１Ｄは、搬送されてくる溶接形鋼のフランジ材１，２の端部毎に対応してスタンド１１Ａ、１１Ｂ上に設置されている。各フランジ材矯正機２１Ａ〜２１Ｄはそれぞれ、横材２２と、横材２２の端部（搬送路側の端部）に設けられたシャフト２３に回転自在に装着されたフランジ材矯正ローラ２４と、フランジ材矯正ローラ２４の高さ位置を調整するためのフランジ材矯正ローラ位置調整機５１とを有する。

フランジ材矯正ローラ２４は、円錐面を有し、その円錐面にてフランジ材１，２の端部のウェブ材３側を押圧することにより、当該フランジ材１，２の端部からウェブ材３を突き合せた部分までの熱変形を矯正する。このフランジ材矯正ローラ２４は、スタンド１１とともに、搬送方向に直交する方向に移動して所望の横方向位置に固定でき、かつ、フランジ材矯正ローラ位置調整機５１によって、上下方向に移動して所望の高さ位置に固定できるようになっている。４個のフランジ材矯正ローラ２４は、それぞれ独立して高さ位置が調整可能となっているため、各フランジ材矯正ローラ２４は、フランジ材１，２の端部毎に独立した押圧力を付与することができる。

Claims (7)

1. ウェブ材の端部をフランジ材に直角に突き合せ、その突き合せた部分を溶接接合した後、溶接時の入熱によって熱変形したフランジ材の形状を矯正する矯正装置を備える溶接形鋼の製造装置において、
   前記矯正装置は、
   前記フランジ材の端部のウェブ材側を押圧することにより、前記フランジ材の端部から前記ウェブ材を突き合せた部分までの熱変形を矯正する、前記フランジ材の端部毎に配設されたフランジ材矯正ローラと、
   前記ウェブ材のウェブ面を支持するウェブ材支持ローラと、
   を有し、
   前記フランジ材の端部毎に配設されたフランジ材矯正ローラは、前記フランジ材の各端部毎に独立した押圧力でもって前記熱変形を矯正するものである
   ことを特徴とする溶接形鋼の製造装置。
2. 請求項１に記載の溶接形鋼の製造装置において、
   前記矯正装置は、前記フランジ材に前記ウェブ材の端部を突き合せた部分を前記フランジ材の当該部分と反対側の面から支持するフランジ材支持ローラを有する
   ことを特徴とする溶接形鋼の製造装置。
3. 請求項１または２に記載の溶接形鋼の製造装置において、
   前記フランジ材矯正ローラは、円錐面を有し、その円錐面にて前記フランジ材の端部を押圧するものであり、
   前記矯正装置は、前記フランジ材矯正ローラをフランジ材の板幅方向に移動可能なフランジ材矯正ローラ位置調整機を各フランジ材矯正ローラ毎に有する
   ことを特徴とする溶接形鋼の製造装置。
4. ウェブ材の端部をフランジ材に直角に突き合せ、その突き合せた部分を溶接接合した後、溶接時の入熱によって熱変形したフランジ材の形状を矯正する工程を含む溶接形鋼の製造方法において、
   前記ウェブ材のウェブ面をウェブ材支持ローラにより支持しながら、前記フランジ材の端部のウェブ材側を、各端部毎に設けられたフランジ材矯正ローラによりそれぞれ独立した押圧力でもって押圧することにより、前記フランジ材の端部から前記ウェブ材を突き合せた部分までの熱変形をそれぞれ矯正する
   ことを特徴とする溶接形鋼の製造方法。
5. 請求項４に記載の溶接形鋼の製造方法において、
   前記フランジ材に前記ウェブ材の端部を突き合せた部分を前記フランジ材の当該部分と反対側の面からフランジ材支持ローラにより支持しながら、前記矯正を行う
   ことを特徴とする溶接形鋼の製造方法。
6. 請求項４または５に記載の溶接形鋼の製造方法において、
   前記フランジ材矯正ローラは、円錐面を有し、その円錐面にて前記フランジ材の端部を押圧するものであり、
   前記矯正に先立って、フランジ材矯正ローラ位置調整機により、前記フランジ材矯正ローラをフランジ材の板幅方向に移動させ、前記フランジ材矯正ローラの配置をフランジ材の端部にそれぞれ対応させる
   ことを特徴とする溶接形鋼の製造方法。
7. ウェブ材の端部をフランジ材に直角に突き合せ、その突き合せた部分を溶接接合した後、溶接時の入熱によって熱変形したフランジ材の形状を矯正した溶接形鋼であって、
   前記フランジ材の端部のウェブ材側を押圧することにより、前記フランジ材の端部から前記ウェブ材を突き合せた部分までの熱変形を矯正した
   ことを特徴とする溶接形鋼。